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2020-2021:teams:legal_string:lgwza:可逆背包 [CVBB ACM Team]

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2020-2021:teams:legal_string:lgwza:可逆背包

可逆背包

问题简介

考虑这样一个问题:有 $n$ 个物品,体积分别是 $w_1,w_2,\cdots,w_n$,背包容量为 $m$,共有 $n$ 次询问,第 $i$ 次询问要求不选物品 $i$ 时共有多少选法装满背包。

思路分析

如果对于每个询问依次求 01 背包问题,单次询问需要 $O(nm)$ 的时间,总复杂度 $O(n^2m)$。而退背包能让我们不需要对于每个询问都进行完整的 DP,而是用 $O(m)$ 时间去掉选择了物品 $i$ 的方案数,那么整个过程需要一次 $O(nm)$ 的DP和 $n$ 次 $O(m)$ 的退背包/加背包过程,整体复杂度就降到了 $O(nm)$。

算法步骤

1. 执行一次 01 背包算法过程

for(int j=m;j>=w[i];--j)
    f[j]+=f[j-w[i]];

2. 对每个物品,将其看作是最后一个加入背包的物品,然后减掉它的方案数

memcpy(g,f,sizeof f);
for(int j=w[i];j<=m;++j)
    g[j]-=g[j-w[i]];

例题

例 1

题意

有 $n$ 个物品,体积分别是 $w_1,w_2,\cdots,w_n$,现第 $i$ 个物品丢失,用剩下的 $n-1$ 个物品装满容积为 $x$ 的背包,有几种方法。把答案记为 $cnt(i,x)$,要得到所有 $i\in[1,n],x\in[1,m]$ 的 $cnt(i,x)$ 表格。输出 $n\times m$ 的矩阵,表示 $cnt(i,x)$ 的末位数字。

$1\le n,m\le 2000$。

题解

令 $f[j][0]$ 表示不算消失的物品组成容积为 $j$ 的方案数,即 01 背包问题,令 $f[j][1]$ 表示删掉某个物品后组成容积为 $j$ 的方案数。初始化是 $f[0][0]=f[0][1]=1$,即容积为 0 时方案数为 1

查看代码

查看代码

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N=2e3+5;
int f[N][2],w[N];
 
int main(){
    int n,m;
    scanf("%d %d",&n,&m);
    for(int i=1;i<=n;i++) scanf("%d",&w[i]);
    f[0][0]=f[0][1]=1;
    for(int i=1;i<=n;i++){
        for(int j=m;j>=w[i];j--){
            f[j][0]=(f[j][0]+f[j-w[i]][0])%10;
        }
    }
 
    for(int i=1;i<=n;i++){
        for(int j=1;j<=m;j++){
            if(j-w[i]>=0) f[j][1]=(f[j][0]-f[j-w[i]][1]+10)%10;
            else f[j][1]=f[j][0]%10;
            printf("%d",f[j][1]);
        }
        puts("");
    }
    return 0;
}

例 2

题意

给定一个长度为偶数的由大小写字母组成的字符串 $s$,一个“好”字符串可通过重排字母顺序使得所有相同字母的位置都在 $s$ 的同一半($[1,n/2] or [n/2+1,n]$)来生成。$q$ 个询问,给定一对 $(i,j)$,要求字母 $s[i],s[j]$ 也在 $s$ 的同一半的“好”字符串数量。

题解

注意到询问本质上最多只有 $52^2$ 种可能,则考虑先把所有询问算出来,最后 $O(1)$ 回答询问。

  1. 令 $k$ 为字母种数,统计各字母的出现次数 $c_1,c_2,\cdots,c_k$,若有 $i_1,i_2,\cdots,i_p$ 使得 $c_{i_1}+c_{i_2}+\cdots+c_{i_p}=\dfrac{n}{2}$,则把它们放到第一组,剩下的放到第二组,第一组的排列数为 $\dfrac{(\dfrac{n}{2})!}{c_{i_1}!c_{i_2}!\cdots c_{i_p}!}$,第二组排列数为 $\dfrac{(\dfrac{n}{2})!}{c_{j_1}!c_{j_2}!\cdots c_{j_s}!}$,总方法数为 $W=\dfrac{(\dfrac{n}{2})!(\dfrac{n}{2})!}{c_1!c_2!\cdots c_k!}$;
  2. 注意到 $c_i$ 求和为 $\dfrac{n}{2}$ 的组合数可用 01 背包来求,在没有 $(i,j)$ 限制下的“好”字符串数量为 $W*dp[n/2]*2$;
  3. 现考虑 $(i,j)$ 的限制,即字母 $s[i]$ 和 $s[j]$ 需在同一组中,等价于去掉字母 $s[i]$ 和 $s[j]$ 的 01 背包问题,即作了一次 01 背包问题后,再枚举 $i,j$ 做退背包过程,将去掉 $(i,j)$ 的 DP 值记作 $ans[i][j]$;
  4. 最后对每个询问直接 $O(1)$ 输出答案即可。
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